随着“数字地球”、“数字中国”、“数字城市”等概念的提出和现代空间信息技术的飞速发展,岩土工程数字化已提上日程。国家住房与建设部“十二五”发展纲要中已明确要求,大型骨干地质勘察单位必须建立三维地层信息系统。因此,以三维地质建模为基础的岩土工程信息化建设已成为当前我国地学领域的迫切需求。开展地质体和岩土工程对象的三维建模、可视化设计与空间分析研究,对于实现城市岩土工程的科学管理,提高岩土工程的信息化、智能化决策水平,具有重要的现实意义和应用价值。本文在总结三维地质建模国内外研究和软件现状基础上,针对岩土工程开挖设计与可视分析需求开展研究,主要解决了以下问题：(1)基于理正软件岩土工程数据库,设计了岩土工程对象的数据模型与数据结构。(2)采用虚拟钻孔技术,提出并实现了距离与边界约束下的工民建场地的块状地质体及线性工程地质体缓冲区建模方法。(3)基于三维地质体与基坑体模型,引入布尔运算思想,实现了二者的无缝集成,并基于集成模型设计实现了基坑侧面展开图生成、挖后地质体剖切、建筑物基底分析以及开挖土方量计算等一系列空间分析算法。(4)设计了一种比例可调的纹理映射技术,实现了地质体和基坑开挖体的真实感可视化以及地层、土样、标准贯入实验的可视化信息查询。(5)采用面向对象编程技术,基于OpenGL图形库开发并集成了地质体缓冲区建模、可视查询与分析、基坑开挖与分析等软件功能。经过多个岩土工程实际项目的应用和验证表明,本文提出的岩土工程建模与设计分析算法及开发的原型系统稳定可行,具有一定的理论意义与工程应用价值。